DE102017205695A1 - Method for determining an armature stroke of a fuel injector - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines Ankerhubes (A-A) eines Kraftstoffinjektors mit einem piezoelektrischen Nadelschließsensor. Während eines Öffnens eines Schaltventils des Kraftstoffinjektors werden ein Gesamtsignalabfall (G) des Nadelschließsensors und ein Signaleinbruch (S) innerhalb des Gesamtsignalabfalls (G) ermittelt. Aus einem Verhältnis zwischen dem Gesamtsignalabfall (G) und dem Signaleinbruch (S) wird der Ankerhub (A-A) ermittelt.The invention relates to a method for determining an armature stroke (A-A) of a fuel injector with a piezoelectric needle-closing sensor. During opening of a switching valve of the fuel injector, a total signal drop (G) of the needle closing sensor and a signal dip (S) within the total signal drop (G) are detected. The armature stroke (A-A) is determined from a ratio between the total signal drop (G) and the signal dip (S).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines Ankerhubes eines Kraftstoffinjektors mit einem piezoelektrischen Nadelschließsensor. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Computerprogramm, welches eingerichtet ist, jeden Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen, sowie ein maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem das erfindungsgemäße Computerprogramm gespeichert ist. Schließlich betrifft die Erfindung ein elektronisches Steuergerät, welches eingerichtet ist, um einen Ankerhub eines Kraftstoffinjektors mit einem piezoelektrischen Nadelschließsensor mittels des Verfahrens zu ermitteln.The present invention relates to a method for determining an armature stroke of a fuel injector with a piezoelectric needle closing sensor. Furthermore, the present invention relates to a computer program which is set up to carry out each step of the method according to the invention and to a machine-readable storage medium on which the computer program according to the invention is stored. Finally, the invention relates to an electronic control unit which is set up to determine an armature stroke of a fuel injector with a piezoelectric needle-closing sensor by means of the method.

Stand der TechnikState of the art

Der Ankerhub eines Kraftstoffinjektors für die Common-Rail-Einspritzung von Kraftstoff kann auf 1 µm genau eingestellt werden. Durch Verschleiß, durch Laufzeiteffekte und durch verschiedene Betriebsbedingungen, kann der tatsächlich vorliegende beziehungsweise erreichte Ankerhub aber wesentlich stärker streuen. Dabei sind insbesondere zu kleine Ankerhübe für die Injektorfunktion problematisch, weil sie zu Sitzdrosselung und damit deutlich reduzierter Einspritzmenge führen können. Ein zu hoher Ankerhub ist bezüglich Verschleißerscheinungen problematisch.The armature stroke of a fuel injector for the common rail injection of fuel can be set to 1 micron accurate. Due to wear, runtime effects and various operating conditions, the actually present or achieved anchor stroke can scatter much more. In particular, too small anchor strokes are problematic for the injector function because they can lead to seat throttling and thus significantly reduced injection quantity. Too high anchor stroke is problematic with respect to wear.

Die Auswertung des Signals eines piezoelektrischen Nadelschließsensors (Needle Closing Sensor; NCS) erlaubt einen Rückschluss auf den Ankerhub. Die Verwendung eines solchen piezoelektrischen Nadelschließsensors wird in der DE 10 2014 204 098 A1 beschrieben. Auf Grund der nicht genau bekannten piezo-elektrischen Eigenschaften des Nadelschließsensors ist diese Methode allerdings ungenau. So erfolgt im Betrieb und über Laufzeit des Nadelschließsensors eine Streuung seines piezoelektrischen Longitudinaleffekts (d33-Effekt) von bis zu 30%. Dieser beschreibt das Verhältnis der auf das Piezoelement des Nadelschließsensors wirkenden mechanischen Kraft und dem parallel zu ihr erzeugten elektrischen Feldes, welches das Sensorsignal generiert.The evaluation of the signal of a piezoelectric needle closing sensor (NCS) allows a conclusion on the armature stroke. The use of such a piezoelectric needle closing sensor is in DE 10 2014 204 098 A1 described. Due to the not exactly known piezoelectric properties of the needle-closing sensor, however, this method is inaccurate. Thus, during operation and over the life of the needle-closing sensor, a scattering of its piezoelectric longitudinal effect (d33 effect) of up to 30% takes place. This describes the ratio of the force acting on the piezoelectric element of the needle closing sensor mechanical force and the parallel generated electric field, which generates the sensor signal.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

In dem Verfahren zum Ermitteln eines Ankerhubes eines Kraftstoffinjektors mit einem piezoelektrischen Nadelschließsensor werden während eines Öffnens eines Schaltventils des Kraftstoffinjektors ein Gesamtsignalabfall des Nadelschließsensors und ein Signaleinbruch innerhalb des Gesamtsignalabfalls ermittelt. Aus einem Verhältnis zwischen dem Gesamtsignalabfall und dem Signaleinbruch wird der Ankerhub ermittelt. Bei dem Kraftstoffinjektor handelt es sich insbesondere um einen Common-Rail-Kraftstoffinjektor für die Kraftstoffdirekteinspritzung.In the method for determining an armature stroke of a fuel injector with a piezoelectric needle-closing sensor, a total signal drop of the needle closing sensor and a signal drop within the total signal drop are determined during opening of a switching valve of the fuel injector. The armature stroke is determined from a ratio between the total signal drop and the signal dip. In particular, the fuel injector is a common rail fuel injector for direct fuel injection.

Das Verfahren ermöglicht die Ermittlung des Ankerhubes auch dann, wenn der piezoelektrische Longitudinaleffekt des Nadelschließsensors nicht bekannt ist. Damit kann in einem Werk bei der Vermessung hydraulischer Prüfpunkte des Kraftstoffinjektors zum einen der Abstand zur Sitzdrosselgrenze bestimmt werden und zum andern können auch Kraftstoffinjektoren mit zu großem Ankerhub identifiziert werden. Darüber hinaus erlaubt das Verfahren das Ankerdriftverhalten im Betrieb zu überwachen um dann gegebenenfalls entsprechend gegenzusteuern.The method allows the determination of the armature stroke even if the piezoelectric longitudinal effect of the needle closing sensor is not known. This can be determined in a factory in the measurement of hydraulic test points of the fuel injector on the one hand, the distance to the seat throttle limit and, secondly, also fuel injectors can be identified with too large anchor stroke. In addition, the method allows to monitor the armature drift behavior during operation in order to then counteract accordingly if necessary.

Auf Grund hydraulischer Effekte kommt es bei der Aufwärtsbewegung des Ankers während des Schaltventilöffnens kurz vor Erreichen des Hubanschlages zu einem Innehalten der Ankerbewegung. Im Signal des Nadelschließsensors macht sich dieses Innehalten der Ankerbewegung, insbesondere bei kleinen Ankerhüben, als Signaleinbruch bemerkbar. Die Ausprägung des Signaleinbruches hängt vom Ankerhub ab. Mit abnehmenden Ankerhub nimmt die Ausprägung zu, bei größeren Ankerhüben ist kein Signaleinbruch mehr erkennbar. Dabei kann der Ankerhub insbesondere im Bereich von 10 µm bis 30 µm liegen. Der quantitative Signaleinbruch hängt neben dem Ankerhub auch noch vom piezoelektrischen Longitudinaleffekt des Nadelschließsensors ab und kann deshalb nicht direkt zur Bestimmung des Ankerhubes herangezogen werden. Wenn man allerdings den Signaleinbruch mit dem Gesamtsignalabfall während des Öffnungsvorganges (dieser ist proportional zum Ankerhub) ins Verhältnis setzt, ist das resultierende Verhältnis allein vom Ankerhub abhängig und nicht mehr vom piezoelektrischen Longitudinaleffekt des Nadelschließsensors.Due to hydraulic effects, during the upward movement of the armature during switching valve opening shortly before reaching the stroke stop, the armature movement stops. In the signal of the needle closing sensor, this pause of the armature movement, in particular in the case of small armature strokes, becomes noticeable as a signal collapse. The severity of the signal dip depends on the armature stroke. With decreasing armature stroke the expression increases, with larger anchor strokes no signal collapse is recognizable. In this case, the armature stroke can be in particular in the range of 10 microns to 30 microns. The quantitative signal collapse depends not only on the armature stroke but also on the piezoelectric longitudinal effect of the needle-closing sensor and can therefore not be used directly for determining the armature stroke. However, if one compares the signal drop with the total signal drop during the opening process (this is proportional to the armature stroke), the resulting ratio depends solely on the armature stroke and no longer on the piezoelectric longitudinal effect of the needle closing sensor.

Der Gesamtsignalabfall kann insbesondere als Differenz zwischen einem elektrischen Signal des Nadelschließsensors bei geschlossenem Schaltventil und einem lokalen Minimum des elektrischen Signals des Nadelschließsensors bei geöffnetem Schaltventil ermittelt werden. Das elektrische Signal des Nadelschließsensors bei geschlossenem Schaltventil beträgt idealerweise null. Durch Entspannung des Piezoelektrischen Elements des Nadelschließsensors beim Öffnen des Schaltventils wird ein negatives elektrisches Signal erzeugt.The total signal drop can be determined, in particular, as the difference between an electrical signal of the needle-closing sensor when the switching valve is closed and a local minimum of the electrical signal of the needle-closing sensor when the switching valve is open. The electrical signal of the needle closing sensor with closed switching valve is ideally zero. By relaxing the piezoelectric element of the needle closing sensor when opening the switching valve, a negative electrical signal is generated.

Der Signaleinbruch wird insbesondere als Differenz zwischen dem lokalen Minimum des elektrischen Signals des Nadelschließsensors bei geöffnetem Schaltventil und einem lokalen Maximum des elektrischen Signals des Nadelschließsensors bei geöffnetem Schaltventil ermittelt.The signal collapse is determined in particular as the difference between the local minimum of the electrical signal of the needle-closing sensor when the switching valve is open and a local maximum of the electrical signal of the needle-closing sensor when the switching valve is open.

Bei dem elektrischen Signal kann es sich um eine an dem Piezoelement anliegende Spannung handeln. Wenn das Piezoelement über einen niederohmigen Widerstand angeschlossen ist, so kann anstelle der Spannung der vom Piezoelement abgegebene Strom als elektrisches Signal verwendet werden. The electrical signal may be a voltage applied to the piezoelectric element. If the piezoelectric element is connected via a low-resistance resistor, the current delivered by the piezoelectric element can be used as the electrical signal instead of the voltage.

Das Ermitteln des Ankerhubs erfolgt vorzugsweise mittels einer Kennlinie, welche die Abhängigkeit des Verhältnisses vom Ankerhub beschreibt. Eine solche Kennlinie kann in einfacher Weise aus theoretischen Betrachtungen oder aus empirischen Messungen erstellt werden.Determining the anchor stroke is preferably carried out by means of a characteristic which describes the dependence of the ratio of the armature stroke. Such a characteristic curve can be easily generated from theoretical considerations or from empirical measurements.

Nachdem der Ankerhub ermittelt wurde ist es bevorzugt, aus dem Ankerhub den piezoelektrischen Longitudinaleffekt des Nadelschließsensors zu ermitteln. After the armature stroke has been determined, it is preferable to determine the piezoelectric longitudinal effect of the needle closing sensor from the armature stroke.

Dieser Wert kann dann verwendet werden, um die Genauigkeit zu erhöhen, mit der ein Betriebsereignis des Kraftstoffinjektors aus einem Signal des Nadelschließsensors erkannt werden kann. Derartige Betriebsereignisse sind beispielsweise ein Beginn eines Öffnens des Schaltventils, eine Kraftüberhöhung beim Beginn des Öffnens des Schaltventils, ein Ende des Öffnens des Schaltventils, ein Druckverlust in einem Ventilraum des Kraftstoffinjektors bei geöffnetem Schaltventil, ein Kavitationsrauschen bei geöffnetem Schaltventil, ein Beginn eines Schließens des Schaltventils, ein Ende des Schließens des Schaltventils, eine Nadelumkehr eines Nadelventils des Kraftstoffinjektors, ein Drucküberschwinger im Ventilraum bei der Nadelumkehr, ein Ventilprellen des Nadelventils, eine Änderung des Drucks im Ventilraum während des Schließens der Ventilnadel des Nadelventils, eine Änderung des Drucks im Ventilraum zwischen den Zuständen geöffnetes und geschlossenes Schaltventil bei geöffneter Ventilnadel des Nadelventils und ein Nadelschließen des Nadelventils.This value may then be used to increase the accuracy with which an operating event of the fuel injector may be detected from a signal of the needle-closing sensor. Such operating events are, for example, a start of opening of the switching valve, a force increase at the start of the opening of the switching valve, an end of the opening of the switching valve, a pressure loss in a valve chamber of the fuel injector with the switching valve open, cavitation noise with the switching valve open, a start of closing the switching valve , an end of the closing of the switching valve, a needle reversal of a needle valve of the fuel injector, a pressure overshoot in the valve space at the needle reversal, a valve bouncing of the needle valve, a change in the pressure in the valve chamber during closing of the needle valve needle, a change in the pressure in the valve space between the States open and closed switching valve with open needle valve needle and needle closing the needle valve.

Das Ermitteln des piezoelektrischen Longitudinaleffekts erfolgt in einer Ausführungsform des Verfahrens, indem eine Abhängigkeit des Gesamtsignalabfalls von dem Ankerhub und von dem piezoelektrischen Longitudinaleffekt ausgewertet wird. Ein Betrag des Quotienten aus dem Gesamtsignalabfall und dem piezoelektrischen Longitudinaleffekt steigt mit steigendem Ankerhub an. Wenn der Ankerhub bekannt ist, kann also der piezoelektrische Longitudinaleffekt ermittelt werden. Hierzu kann die Abhängigkeit insbesondere als aus theoretischen Betrachtungen oder aus empirischen Messungen erstellte Kennlinie hinterlegt sein.In one embodiment of the method, the piezoelectric longitudinal effect is determined by evaluating a dependence of the total signal drop on the armature stroke and on the longitudinal piezoelectric effect. An amount of the quotient of the total signal drop and the piezoelectric longitudinal effect increases with increasing armature stroke. If the armature stroke is known, then the piezoelectric longitudinal effect can be determined. For this purpose, the dependency can in particular be stored as a characteristic curve created from theoretical considerations or from empirical measurements.

In einer anderen Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das Ermitteln des piezoelektrischen Longitudinaleffekts, indem eine Abhängigkeit des Signaleinbruchs von dem Ankerhub und von dem piezoelektrischen Longitudinaleffekt ausgewertet wird. Ein Betrag des Quotienten aus dem Signaleinbruch und dem piezoelektrischen Longitudinaleffekt sinkt mit steigendem Ankerhub. Wenn der Ankerhub bekannt ist, kann also der piezoelektrische Longitudinaleffekt ermittelt werden. Hierzu kann die Abhängigkeit insbesondere als aus theoretischen Betrachtungen oder aus empirischen Messungen erstellte Kennlinie hinterlegt sein.In another embodiment of the method, the determination of the piezoelectric longitudinal effect takes place by evaluating a dependence of the signal dip on the armature stroke and on the piezoelectric longitudinal effect. An amount of the quotient of the signal collapse and the piezoelectric longitudinal effect decreases with increasing armature stroke. If the armature stroke is known, then the piezoelectric longitudinal effect can be determined. For this purpose, the dependency can in particular be stored as a characteristic curve created from theoretical considerations or from empirical measurements.

Das Computerprogramm ist eingerichtet, jeden Schritt des Verfahrens durchzuführen, insbesondere dann, wenn es auf einem elektronischen Rechengerät oder Steuergerät durchgeführt wird. Hierzu ist es auf dem maschinenlesbaren Speichermedium gespeichert. Das Computerprogramm ermöglicht die einfache Implementierung des Verfahrens in einem vorhandenen Steuergerät, ohne daran bauliche Veränderungen vornehmen zu müssen. Durch Aufspielen des Computerprogramms auf ein herkömmliches elektronisches Steuergerät wird das elektronische Steuergerät erhalten, welches eingerichtet ist, um einen Ankerhub eines Kraftstoffinjektors mit einem piezoelektrischen Nadelschließsensor zu ermitteln.The computer program is set up to perform each step of the method, in particular when it is performed on an electronic computing device or controller. For this purpose it is stored on the machine-readable storage medium. The computer program allows the simple implementation of the method in an existing control unit, without having to make structural changes. By loading the computer program on a conventional electronic control unit, the electronic control unit is obtained, which is adapted to determine an armature stroke of a fuel injector with a piezoelectric needle closing sensor.

Figurenlistelist of figures

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

  • 1 ist eine Querschnittsdarstellung eines Kraftstoffinjektors, dessen Ankerhub mittels eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ermittelt werden kann.
  • 2 zeigt einen Detailausschnitt aus dem Kraftstoffinjektors gemäß 1.
  • 3 zeigt in einem Diagramm die zeitlichen Verläufe von Spannungssignalen eines Nadelschließsensors des Kraftstoffinjektors gemäß Fig. 1 für unterschiedliche Ankerhübe.
  • 4 zeigt in einem Diagramm die Abhängigkeit eines Gesamtsignalabfalls und eines Signaleinbruch vom Ankerhub in einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • 5 zeigt in einem Diagramm die Abhängigkeit eines Verhältnisses des Gesamtsignalabfalls und des Signaleinbruch vom Ankerhub in einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens.
An embodiment of the invention is illustrated in the drawings and explained in more detail in the following description.
  • 1 is a cross-sectional view of a fuel injector whose armature stroke can be determined by a method according to an embodiment of the invention.
  • 2 shows a detail of the fuel injector according to 1 ,
  • 3 shows a diagram of the time courses of voltage signals of a needle closing sensor of the fuel injector of FIG. 1 for different armature strokes.
  • 4 shows in a diagram the dependence of a total signal drop and a signal drop from the armature stroke in one embodiment of the method according to the invention.
  • 5 shows in a diagram the dependence of a ratio of the total signal drop and the signal drop from the armature stroke in one embodiment of the method according to the invention.

Ausführungsbeispiel der ErfindungEmbodiment of the invention

Ein Ausführungsbeispiele der Erfindung wird anhand eines Kraftstoffinjektors 10 beschrieben, der aus der DE 10 2009 029 549 A1 bekannt ist und in 1 dargestellt ist. Dieser Kraftstoffinjektor 10 umfasst einen Injektorkörper 11, in dem ein Ventilkolben 12 angeordnet ist. Dieser ist an einem oberen Ende in einem Ventilstück 13 geführt. Sein unteres Ende erstreckt sich in Richtung einer Düse 14. Der Ventilkolben 12 ist mit der Ventilnadel 15 eines Nadelventils 16 verbunden, die innerhalb der Düse 14 angeordnet ist. Außerdem ist der Ventilkolben 12 mit einer Hochdruckbohrung 17 und mit einer Rücklaufbohrung 18 verbunden. An einem oberen Ende des Kraftstoffinjektors 10 sind ein Magnetkopf 19, eine Ankergruppe 20 und ein Rücklauf 21 angeordnet. Der Kraftstoffinjektor 10 ist weiterhin über einen elektrischen Anschluss 22 mit einer elektrischen Energiequelle (nicht gezeigt) und über einen Hochdruckanschluss 23, der einen Stabfilter umfasst, mit einer Kraftstoffzuleitung (nicht gezeigt) verbunden.An embodiment of the invention is based on a fuel injector 10 described from the DE 10 2009 029 549 A1 is known and in 1 is shown. This fuel injector 10 includes an injector body 11 in which a valve piston 12 is arranged. This is at an upper end in a valve piece 13 guided. Its lower end extends in the direction of a nozzle 14. The valve piston 12 is with the valve needle 15 a needle valve 16 connected inside the nozzle 14 is arranged. In addition, the valve piston 12 is provided with a high pressure bore 17 and with a return bore 18 connected. At an upper end of the fuel injector 10 are a magnetic head 19, an anchor group 20 and a return 21 arranged. The fuel injector 10 is further connected via an electrical connection 22 with an electrical power source (not shown) and via a high pressure port 23 comprising a rod filter connected to a fuel supply line (not shown).

Beim Betrieb des Kraftstoffinjektors 10 ist vorgesehen, dass der Magnetkopf 19 bestromt wird, wodurch die Ankergruppe 20 zum Magnetkopf hin bewegt wird. Dadurch öffnet sich die Verbindung zwischen einem Steuerraum 24 oberhalb des Ventilkolbens 12 und dem Rücklauf 21. Dies löst ein Absinken des Drucks im Steuerraum 24 und damit eine Öffnungsbewegung des Verbunds aus Ventilkolben 12 und Ventilnadel 15 aus. Durch das Öffnen des Nadelventils 16 wird die Verbindung zwischen der Hochdruckbohrung 17 und den Spritzlöchern der Düse 14 hergestellt, wodurch Kraftstoff zur Düse 14 gefördert und in einen Zylinder eines Verbrennungsmotors eingespritzt wird.When operating the fuel injector 10 is provided that the magnetic head 19 is energized, causing the anchor group 20 is moved towards the magnetic head. This opens the connection between a control room 24 above the valve piston 12 and the return 21 , This triggers a drop in the pressure in the control chamber 24 and thus an opening movement of the composite of valve piston 12 and valve needle 15 out. By opening the needle valve 16 becomes the connection between the high pressure bore 17 and the spray holes of the nozzle 14 manufactured, whereby fuel to the nozzle 14 conveyed and injected into a cylinder of an internal combustion engine.

Gemäß 2 ist innerhalb des Injektorkörpers 11 ein Hochdruckraum 25 sowie ein Niederdruckraum 26 angeordnet. Diese beiden Räume sind voneinander durch das Ventilstück 13 getrennt. Der Hochdruckraum 25 kommuniziert mit dem Hochdruckanschluss 23. Der Niederdruckraum 26 ist über den Rücklauf 21 mit einem Kraftstofftank verbunden. Der Hochdruckraum 25 ist mit der Düse 14 verbunden. Das düsenferne Ende des Ventilkolbens 12 ist verdrängerwirksam in dem im Ventilstück 13 angeordneten Steuerraum 24 angeordnet. Der Steuerraum 24 kommuniziert über eine Zulaufdrossel 27 mit dem Hochdruckraum 25 und über einen gedrosselten Ablaufkanal 28 mit dem Niederdruckraum 26, wobei der Ablaufkanal 28 mittels eines Schaltventils 29 gesteuert wird. Wenn der Ablaufkanal 28 mittels des Schaltventils 29 abgesperrt wird und die Ventilnadel 15 sich in ihrer Schließlage befindet, stellt sich im Steuerraum 24 der gleiche Hochdruck wie im Hochdruckraum 25 ein, mit der Folge, dass der Ventilkolben 12 nach abwärts gepresst und die damit verbundene Ventilnadel 15 in der das Nadelventil 16 absperrenden Schließlage gehalten wird. Wird der Ablaufkanal 28 mittels des Schaltventils 29 geöffnet, stellt sich im Steuerraum 24 ein gegenüber dem Hochdruck im Hochdruckraum 25 verminderter Druck ein, und der Ventilkolben 12 verschiebt sich zusammen mit der Ventilnadel 15 in Aufwärtsrichtung, das heißt die Ventilnadel 15 wird in deren Offenlage gestellt, so dass Kraftstoff durch die Düse 14 in den Brennraum eingespritzt wird.According to 2 is inside the injector body 11 a high pressure room 25 as well as a low-pressure room 26 arranged. These two spaces are separated from each other by the valve piece 13 separated. The high pressure room 25 communicates with the high pressure port 23. The low pressure space 26 is about the return 21 connected to a fuel tank. The high pressure room 25 is with the nozzle 14 connected. The nozzle-distal end of the valve piston 12 is displacer effective in the valve piece 13 arranged control room 24 arranged. The control chamber 24 communicates via an inlet throttle 27 with the high pressure chamber 25 and a throttled drain channel 28 with the low pressure space 26, wherein the drainage channel 28 by means of a switching valve 29 is controlled. When the drainage channel 28 by means of the switching valve 29 is shut off and the valve needle 15 is in its closed position, is in the control chamber 24, the same high pressure as in the high-pressure chamber 25 a, with the result that the valve piston 12 pressed downwards and the associated valve needle 15 in the the needle valve 16 shut off closing position is held. Becomes the drainage channel 28 by means of the switching valve 29 opened, turns in the control room 24 one opposite the high pressure in the high pressure chamber 25 reduced pressure on, and the valve piston 12 shifts together with the valve needle 15 in the upward direction, that is the valve needle 15 is placed in its open position, allowing fuel through the nozzle 14 is injected into the combustion chamber.

Das Schaltventil 29 besitzt einen hülsenförmigen Schließkörper 30, der von einer Schließfeder 34, die als Schraubendruckfeder ausgebildet ist, gegen einen zur Auslassmündung des Ablaufkanals 28 konzentrischen Sitz gespannt wird. Im Beispiel der 2 ist der Sitz als Planfläche ausgebildet, auf der der hülsenförmige Schließkörper 30 mit einer linienförmigen Ringkante aufsitzt. Der hülsenförmige Schließkörper 30 ist auf einer zur Längsachse L des Injektorkörpers 11 gleichachsigen Führungsstange 31 axial verschiebbar geführt, wobei der Ringspalt zwischen dem Innenumfang des Schließkörpers 30 und dem Außenumfang der Führungsstange 31 als praktisch leckagefreier Drossel- bzw. Dichtspalt ausgebildet ist. Wenn der Schließkörper 30 die in 2 dargestellte Schließlage einnimmt, wird der innerhalb des Schließkörpers 30 gebildete Ventilraum 32 , welcher über den Ablaufkanal 28 mit dem Steuerraum 24 kommuniziert und dann dementsprechend gleichen Fluiddruck wie der Steuerraum 24 aufweist, gegenüber dem Niederdruckraum 26 abgesperrt.The switching valve 29 has a sleeve-shaped closing body 30 , which is formed by a closing spring 34, which is designed as a helical compression spring, against a to the outlet port of the drain channel 28 concentric seat is tensioned. In the example of 2 the seat is designed as a plane surface on which the sleeve-shaped closing body 30 is seated with a line-shaped annular edge. The sleeve-shaped closing body 30 is on a to the longitudinal axis L of the injector body 11 coaxial guide rod 31 guided axially displaceable, wherein the annular gap between the inner periphery of the closing body 30 and the outer periphery of the guide rod 31 is designed as a practically leak-free throttle or sealing gap. When the closing body 30 in the 2 shown closed position assumes that within the closing body 30 formed valve chamber 32, which via the drainage channel 28 with the control room 24 communicates and then correspondingly has the same fluid pressure as the control chamber 24, compared to the low pressure space 26 shut off.

Während der geschlossenen Phase der mit dem Ventilkolben 12 verbundenen Ventilnadel 15, das heißt bei geschlossenem Nadelventil 16, ist das Schaltventil 29 geschlossen, und im Ventilraum 32 sowie im Steuerraum 24 liegen gleiche Fluiddrucke vor. Unmittelbar vor dem Schließzeitpunkt der Ventilnadel 15 sinkt der Druck im Steuerraum 24 wegen des zu diesem Zeitpunkt geringen Drucks unter dem Düsensitz der Ventilnadel 15 und der damit einhergehenden Schließbewegung des Ventilkolbens 12 unter den Hochdruck im Hochdruckanschluss 23 ab. Unmittelbar nach dem Schließen der Ventilnadel 15 kommt es wegen des nun stillstehenden Ventilkolbens 12 zu einem steilen Anstieg des Drucks im Steuerraum 24, wobei der Steuerraumdruck auf den Druck im Hochdruckanschluss 23 ansteigt. Der Druck im Steuerraum 24 und der damit praktisch identische Druck im Ventilraum 32 weisen folglich zum Schließzeitpunkt der Ventilnadel 15 ein ausgeprägtes Minimum auf.During the closed phase of the valve piston 12 connected valve needle 15, that is, when the needle valve is closed 16 , is the switching valve 29 closed, and in the valve room 32 as well as in the control room 24 the same fluid pressures are present. Immediately before the closing time of the valve needle 15 the pressure in the control room drops 24 because of the low pressure at that time under the nozzle seat of the valve needle 15 and the associated closing movement of the valve piston 12 under the high pressure in the high pressure port 23 from. Immediately after closing the valve needle 15 it comes because of the now stationary valve piston 12 to a steep rise in pressure in the control room 24 , where the control chamber pressure on the pressure in the high pressure port 23 increases. The pressure in the control room 24 and the virtually identical pressure in the valve chamber 32 thus indicate the closing time of the valve needle 15 a pronounced minimum.

Da der Druck des Steuerraums 24 bei geschlossenem Schließkörper 30 auch im Ventilraum 32 vorliegt, wird die Führungsstange 31 innerhalb des Schließkörpers 30 in dieser Ventilstellung stirnseitig immer vom Steuerraumdruck belastet. Der Ventilraumdruck wird mittels der Führungsstange 31 auf ein kleines Piezoelement als Nadelschließsensor 33 abgeleitet. Elektrische Anschlüsse des Nadelschließsensors 33 sind mit von außen zugänglichen Steckkontakten verbunden, so dass eine von dem Nadelschließsensor 33 bereitgestellte Spannung als elektrisches Signal U ausgelesen werden kann. Dieses ist abzüglich einer Offset-Spannung proportional zum Druck im Ventilraum 32. Das ausgelesene elektrische Signal U wird an ein Steuergerät (nicht gezeigt) weitergegeben, welches den Kraftstoffinjektor 10 steuert.Because the pressure of the control room 24 with closed closing body 30 is also present in the valve chamber 32, the guide rod 31 inside the closing body 30 in this valve position the front side always loaded by the control chamber pressure. The valve chamber pressure is by means of the guide rod 31 on a small piezo element as a needle closing sensor 33 derived. Electrical connections of the needle closing sensor 33 are connected to externally accessible plug contacts, so that one of the needle closing sensor 33 provided voltage can be read out as an electrical signal U. This is less an offset voltage proportional to the pressure in the valve chamber 32 , The read electrical Signal U is passed to a controller (not shown), which controls the fuel injector 10 controls.

In 3 ist der zeitliche Verlauf des elektrischen Signals U beim Öffnen und erneuten Schließen des Schaltventils 29 für unterschiedliche Ankerhübe A1 bis A5 der Ankergruppe 20 dargestellt, wobei A1 dem geringsten Ankerhub und A5 dem höchsten Ankerhub entspricht. Ausgehend von einem Signal von 0 V bei geschlossenem Schaltventil 29 fällt das elektrische Signal U jeweils auf ein lokales Minimum ab. Dieser Abfall wird als Gesamtsignalabfall G bezeichnet. Wenn das Schaltventil 29 geschlossen wird, steigt das elektrische Signal U wieder auf seinen Ausgangswert an. Im elektrischen Signal U ist ein Innehalten der Ankerbewegung als Signaleinbruch S erkennbar. Mit abnehmendem Ankerhub nimmt die Ausprägung des Signaleinbruchs S zu.In 3 is the time course of the electrical signal U when opening and re-closing the switching valve 29 for different anchor strokes A 1 to A 5 of the anchor group 20 shown, with A 1 corresponds to the lowest armature stroke and A 5 corresponds to the highest armature stroke. Starting from a signal of 0 V with closed switching valve 29 falls the electrical signal U in each case to a local minimum. This waste is referred to as the total signal drop G. When the switching valve 29 is closed, the electrical signal U rises again to its initial value. In the electrical signal U is a pause of the armature movement as signal collapse S can be seen. As the armature stroke decreases, the severity of the signal dip S increases.

4 zeigt, wie der Gesamtsignalabfall G, der dem Quotienten des theoretischen Gesamtsignalabfalls Gt durch den piezoelektrischen Longitudinaleffekt d33 entspricht, und der Signaleinbruch S, der dem Quotienten des theoretischen Signaleinbruchs St durch den piezoelektrischen Longitudinaleffekt d33 entspricht, jeweils vom Ankerhub A abhängt. Als theoretischer Gesamtsignalabfall Gt und theoretischer Signaleinbruchs St werden hierbei die vom piezoelektrischen Longitudinaleffekt d33 unabhängigen Werte des Gesamtsignalabfall G und des Signaleinbruchs S bezeichnet. Das Verhältnis V des theoretischen Gesamtsignalabfalls Sg und des theoretischen Signaleinbruchs Ss ergibt sich aus Formel 1: V = S G = S t d 33 G t d 33 = S t G t

Figure DE102017205695A1_0001
4 shows how the total signal drop G, which corresponds to the quotient of the theoretical total signal drop Gt by the piezoelectric longitudinal effect d 33 , and the signal drop S, which corresponds to the quotient of the theoretical signal drop St by the piezoelectric longitudinal effect d 33 , in each case depends on the armature stroke A. As a theoretical total signal waste Gt and theoretical slump signal St which is independent of the piezoelectric longitudinal effect 33 d values of the total decrease in signal G and the signal S slump are hereby referred to. The ratio V of the theoretical total signal drop S g and the theoretical signal drop S s is given by Formula 1: V = S G = S t d 33 G t d 33 = S t G t
Figure DE102017205695A1_0001

Das Verhältnis V ist also nicht vom piezoelektrischen Longitudinaleffekt d33 abhängig. Es ist in 5 in Abhängigkeit vom Ankerhub A dargestellt. Diese Abhängigkeit zwischen dem Ankerhub A und dem Verhältnis V ist als Kennlinie im Steuergerät hinterlegt. Nach Berechnung des Verhältnisses V kann daher der Ankerhub A ermittelt werden.Thus the ratio V is not dependent on the piezoelectric longitudinal effect d 33rd It is in 5 represented as a function of armature stroke A. This dependence between the armature stroke A and the ratio V is stored as a characteristic in the control unit. After calculating the ratio V, therefore, the armature stroke A can be determined.

Weiterhin sind auch die Abhängigkeit des Gesamtsignalabfalls G und des Signaleinbruchs S vom Ankerhub A gemäß 4 im Steuergerät als Kennlinien hinterlegt. Sobald der Ankerhub A ermittelt wurde, kann aus diesem und aus dem gemessenen Gesamtsignalabfall G oder dem gemessenen Signaleinbruch S der piezoelektrische Longitudinaleffekt d33 ermittelt werden.Furthermore, the dependence of the total signal drop G and the signal drop S from armature stroke A are according to 4 stored in the control unit as characteristic curves. As soon as the armature stroke A has been determined, the piezoelectric longitudinal effect d 33 can be determined from this and from the measured total signal drop G or the measured signal drop S.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102014204098 A1 [0003]DE 102014204098 A1 [0003]
  • DE 102009029549 A1 [0017]DE 102009029549 A1 [0017]

Claims (9)

Verfahren zum Ermitteln eines Ankerhubes (A) eines Kraftstoffinjektors (10) mit einem piezoelektrischen Nadelschließsensor (33), worin während eines Öffnens eines Schaltventils (29) des Kraftstoffinjektors (10) ein Gesamtsignalabfall (G) des Nadelschließsensors (33) und ein Signaleinbruch (S) innerhalb des Gesamtsignalabfalls (G) ermittelt werden und aus einem Verhältnis (V) zwischen dem Gesamtsignalabfall (G) und dem Signaleinbruch (S) der Ankerhub (A) ermittelt wird.A method for determining an armature stroke (A) of a fuel injector (10) with a piezoelectric needle closing sensor (33), wherein during opening of a switching valve (29) of the fuel injector (10) a total signal drop (G) of the needle closing sensor (33) and a signal collapse (S ) within the total signal drop (G) are determined and from a ratio (V) between the total signal drop (G) and the signal dip (S), the armature stroke (A) is determined. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gesamtsignalabfall (G) als Differenz zwischen einem elektrischen Signal (U) des Nadelschließsensors (33) bei geschlossenem Schaltventil (29) und einem lokalen Minimum des elektrischen Signals (U) des Nadelschließsensors (33) bei geöffnetem Schaltventil (29) ermittelt wird.Method according to Claim 1 , characterized in that the total signal drop (G) as difference between an electrical signal (U) of the needle closing sensor (33) with closed switching valve (29) and a local minimum of the electrical signal (U) of the needle closing sensor (33) with open switching valve (29 ) is determined. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Signaleinbruch (S) als Differenz zwischen dem lokalen Minimum des elektrischen Signals (U) des Nadelschließsensors (33) bei geöffnetem Schaltventil (29) und einem lokalen Maximum des elektrischen Signals (U) des Nadelschließsensors (33) bei geöffnetem Schaltventil (29) ermittelt wird.Method according to Claim 2 , characterized in that the signal drop (S) as the difference between the local minimum of the electrical signal (U) of the needle closing sensor (33) with open switching valve (29) and a local maximum of the electrical signal (U) of the needle closing sensor (33) when open Switching valve (29) is determined. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermitteln des Ankerhubs (A) mittels einer Kennlinie erfolgt, welche die Abhängigkeit des Verhältnisses (V) vom Ankerhub (A) beschreibt.Method according to one of Claims 1 to 3 , characterized in that the determination of the armature stroke (A) takes place by means of a characteristic which describes the dependence of the ratio (V) on the armature stroke (A). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Ankerhub (A) ein piezoelektrischer Longitudinaleffekt (d33) des Nadelschließsensors (33) ermittelt wird.Method according to one of Claims 1 to 4 , characterized in that from the armature stroke (A), a piezoelectric longitudinal effect (d 33 ) of the needle closing sensor (33) is determined. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermitteln des piezoelektrischen Longitudinaleffekts (d33) erfolgt, indem eine Abhängigkeit des Gesamtsignalabfalls (G) oder des Signaleinbruchs (S) von dem Ankerhub (A) und von dem piezoelektrischen Longitudinaleffekt (d33) ausgewertet wird.Method according to Claim 5 Characterized in that the determination of the piezoelectric longitudinal effect (d 33) is carried out by a function of the total signal drop (G) or said signal slump (S) of the armature stroke (A) and by the piezoelectric longitudinal effect (d 33) is evaluated. Computerprogramm, welches eingerichtet ist, jeden Schritt des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 durchzuführen.Computer program, which is set up, each step of the procedure according to one of Claims 1 to 6 perform. Maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem ein Computerprogramm nach Anspruch 7 gespeichert ist.Machine-readable storage medium on which a computer program is based Claim 7 is stored. Elektronisches Steuergerät, welches eingerichtet ist, um einen Ankerhub (A) eines Kraftstoffinjektors (10) mit einem piezoelektrischen Nadelschließsensor (33) mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zu ermitteln.An electronic control unit adapted to control an armature stroke (A) of a fuel injector (10) with a piezoelectric needle closing sensor (33) by a method according to any of the preceding claims Claims 1 to 6 to investigate.
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